表面等离子激元是在金属/介质界面处存在的由自由电子与光子相互作用产生的沿表面传播的电磁波。它的场分布在沿界面方向高度局域,且在金属中的分布比在介质中更集中,分布深度一般与波长量级相同,但金属的吸收损耗使它在传播过程中伴随着较大的衰减。近年来,表面等离子激元已经成为纳米光电子学科的一个重要研究方向,受到材料学、物理学等多个领域专业人士的极大关注,被广泛应用于数据存储、光学天线、太阳能电池和生物传感等方面。由于表面等离子激元能够很好的突破衍射极限,人们开始关注表面等离子激元光波导及器件,希望能够提高光子器件的集成度。本文围绕表面等离子激元光波导这一主题开展了一系列的研究,探讨实现表面等离子激元光子器件集成的可能性。主要研究工作包括以下几个方面：1.根据金属色散模型,在比较表面等离子激元各种数值分析方法的基础上,采用转移矩阵理论和柯西积分方法精确分析表面等离子激元平板光波导的特性,并借助有限元方法、时域有限差分方法进行器件的优化设计。2.提出了一种metal-oxide-silicon(MOS)的混合表面等离子激元波导结构,它具有模场大部分能量都集中在低折射率氧化层的特点。通过在SOI材料上生长氧化层及金属层形成MOS混合表面等离子波导结构,并分析了其性能及潜在应用。3.设计了多种基于混合表面等离子激元的光波导器件。通过结合slot结构提出了TE偏置的混合表面等离子波导布拉格光栅,并在光栅中引入缺陷态实现了法布里-珀罗腔的滤波特性。对于TM偏置的混合等离子结构,分析和讨论了基于多模干涉效应的功分器以及微环谐振器件。4.采用电子束光刻、感应耦合等离子刻蚀等加工工艺,在SOI平台上制作了基于TM偏置的锥形过渡波导、十字交叉波导、微碟等基本MOS混合等离子光波导器件,并通过光栅耦合测试系统对其进行了测试和表征。5.研究了表面等离子激元光波导的可调器件。利用石墨烯材料的优异性质,提出和分析了graphene-oxide-silicon的电光调制特性,并对石墨烯表面等离子波和MOS波导结构的石墨烯调制做了初步的理论分析。最后结合量子理论,提出了基于PT结构的表面等离子激元光波导调制系统。本文的研究主要集中在表面等离子激元光波导的基础研究方面,从基础理论研究到实验制备做了一系列的研究,希望能为进一步实现光子集成做出一定的贡献。